Плавка стали основным процессом

Стадии процесса

Основным процессом могут выплавляться все группы марок сталей, но выплавляют наиболее ответственные. Плавку можно осуществлять двумя способами: с окислением и методом переплава. Переплав, или плавку без окисления осуществляют на качественной шихте, чистой по фосфору и сере. Плавка с окислением технологически сложнее. Она состоит из следующих этапов:

1) заправка печи;

2) загрузка шихты;

З) плавление шихты;

4) окислительный период;

5) восстановительный период;

6) доводка по химическому составу и выпуск металла.

Заправку печи производят после выпуска каждой плавки и, как отмечалось выше, — смесью на основе магнезитового порошка. В некоторых случаях допускается использовать для этих целей доломит, хромистый железняк др. Шихту составляют таким образом, чтобы после расплавления содержание углерода в расплаве на 0, 2—0, 4% превышало заданное. Вместе с шихтой загружаются по 2—З % извести и железной руды для формирования шлака и удаления фосфора. Во время плавления фосфор до 50% от его содержания в шихте переходит в шлак, в котором содержание Р₂О₅ повышается до 1, 5%. После полного расплавления шихты частично скачивают шлак, добавляют в печь известь и руду и приступают к окислительному периоду. Задача этого периода — дальнейшая дефосфорация металла и достижение заданного состава стали и температуры. Интенсифицируется окислительный период продувкой кислородом через специальные фурмы. Использование кислорода существенно увеличивает скорость выгорания углерода. При окислении рудой она составляет 0, 3—0, 6 % С/ч, при продувке кислородом — 1, 5% С/ч. Расход кислорода составляет до 5 м стали, при этом сокращается длительность окислительного периода на 15—25 мин, увеличивается производительность печей на 5—12%, снижается расход электроэнергии на 5—10%. Интенсивное кипение ванны, вызванное окислением углерода, значительно снижает содержание азота в металле, причем эффективность дегазации возрастает с увеличением скорости продувки.

К концу продувки содержание углерода в расплаве должно быть примерно на 0, 1% ниже минимального предела для выплавляемой марки стали, но не ниже 0, 1 %, чтобы предотвратить переокисление металла, за исключением тех случаев, когда выплавляются стали, в которых углерод является нежелательной примесью (например, в некоторых марках нержавеющей стали).

В конце окислительного периода содержание фосфора в стали не превышает 0, 01%, а шлак, количество которого составляет 1—2% от массы металла, имеет состав, %: СаО 40—50; SiО 10—20; FеО 15—20; МnО 5—12; МgO 6—10; А1₂O₃ 2—3; Р₂O₅ до 1, 5.

Кроме углерода и фосфора в этот период удаляются Si, Мn и другие легко окисляемые примеси.

В этот же период плавления стали окисляется и хром. Скачивание шлака после расплавления и постепенное его обновление в течение окислительного периода способствуют дальнейшему окислению хрома и удалению его со шлаком. Оксиды хрома снижают жидкоподвижность шлака, затрудняя процесс окисления фосфора. Поэтому использование в шихте хромосодержащих отходов при плавках с полным окислением нецелесообразно.

После окончания продувки или присадки последней порции руды делают выдержку 5—10 мин, в течение которой отбирают пробу на анализ и измеряют температуру расплава. Продолжительность окислительного периода составляет 30—60 мин. За это время может быть удалено до 50% серы, вносимой шихтой. Этому способствуют высокая основность шлака (2, 7—2, 8) и его постоянное обновление.

После окончания окислительного периода сталь раскисляют. Раскисление может быть выполнено двумя путями:

1) глубинным без наводки восстановительного шлака;

2) в восстановительный период.

В первом случае (при выплавке стали под одним шлаком) после окончания окислительного периода в печь присаживают куски высококремнистого ферросилиция в количестве 0, 1 % и ферромарганец для получения среднезаданного содержания марганца в стали.

При выплавке хромосодержащей стали присаживают феррохром для получения среднезаданного содержания хрома. Процесс раскисления в этом случае занимает 10—20 мин, после чего сталь выпускают в ковш, где ее окончательно раскисляют ферросилицием и алюминием. Выплавка стали под одним шлаком сокращает длительность плавки, уменьшает расход электроэнергии и раскислителей.

Однако таким способом выплавить сталь с низким содержанием углерода (0, 15%), серы (до 0, 02%) или сталь, в которую вводят значительное количество легкоокисляющихся элементов (Аl, Тi, Сr, V), чрезвычайно сложно или невозможно. В таких случаях раскисление проводят под восстановительным шлаком (второй вариант), который наводят после скачивания окислительного шлака.

Основными задачами восстановительного периода являются: удаление серы и кислорода (раскисление), корректировка химического состава стали, достижение необходимой температуры.

После скачивания шлака окислительного периода в металл вводят ферромарганец, обеспечивая содержание марганца в стали на уровне нижнего предела, определяемого ГОСТом. Одновременно в печь добавляют ферросилиций в количестве, обеспечивающем содержание кремния в металле на уровне 0, 1—0, 15%, можно добавить алюминий (0, 03— 0, 1%). Таким образом проводят предварительное осадочное раскисление. Окисление этих элементов способствует образованию шлака. Если в металле осталось мало углерода, то проводят науглероживание дробленым коксом или углеродным боем.

После раскисления в печь загружают шлакообразующие материалы в количестве 2—4% от массы металла и в соотношении 5: 1: 1 — смесь извести, плавикового шпата и шамотного боя. Образовавшийся шлак раскисляют введением на его поверхность молотого кокса, ферросилиция, силикокальция или порошкообразного алюминия.

В результате этого содержание оксидов железа в шлаке уменьшается до 0, 5 % и ниже. Кроме оксидов железа восстанавливаются оксиды марганца, хрома и др. Одновременно может происходить диффузионное раскисление металла. Этот процесс длительный (период может занимать от 60 до 120 мин), поэтому и необходимо проводить предварительное осадочное раскисление. Одновременно с раскислением в восстановительный период хорошо удаляется сера из металла в шлак.

Такое раскисление можно проводить под белым или карбидным шлаком. Белый шлак образуется в начале восстановительного периода под воздействием порошка кокса и смеси его с 75%-ным ферросилицием. После выдержки 25—40 мин шлак светлеет. Расход кокса при этом составляет 1—2 кг/т металла. При увеличении расхода кокса до 3 кг/т протекает реакция СаО + 3С = СаС₂ + СО и образуется карбидный (серый) шлак, содержащий более 2 % СаС₂. Под этим шлаком металл хорошо науглероживается, т. е. им можно раскислять лишь высокоуглеродистые марки сталей. В металл может перейти до 0, 1% С.

Карбид кальция хорошо смачивается металлом, а попадая в него при разливке, способствует образованию грубых шлаковых включений. Чтобы избежать этого, за 20—30 мин до выпуска на шлак присаживают смесь с повышенным содержанием плавикового шпата и шамота и приоткрывают рабочее окно. Приток воздуха окисляет углерод и карбид кальция, и карбидный шлак превращается в белый.

Конечное раскисление стали производят на выпуске, обеспечивая необходимое содержание кремния и марганца, а также вводят небольшое количество алюминия. для среднеуглеродистых сталей концентрация его должна быть в пределах 0, 05—0, 08 %, угар алюминия, введенного для раскисления металла, составляет 50—60%. Иногда для окончательного раскисления металла наряду с алюминием используют ферро-титан, силикокальций и др.

В литейных цехах при выплавке легированных сталей после получения из них отливок образуется значительное количество отходов (прибыли литниковая система брак) поэтому очень часто плавку ведут методом переплава. Главной задачей такого способа плавки является максимальное сохранение в ломе легирующих элементов. Легкоокисляющиеся примеси (алюминий, титан) почти полностью окисляются в период плавления, а марганец, хром, вольфрам, ванадий переходят в шлак. Чтобы сохранить их, плавку ведут без присадок руды (твердых окислителей) и ограничивая окислительные процессы в период плавления. Так как при переплаве углерод и фосфор почти не окисляются, то в шихте содержание фосфора должно быть минимальным, а углерода — на уровне нижнего предела в готовой стали.

Ферровольфрам и ферромолибден, если выплавляют стали с содержанием соответствующих элементов, вводят во время завалки. Медь и никель можно давать либо в завалку, либо в восстановительный период. Титан и ванадий вводят в сталь перед выпуском. для раннего формирования шлака и защиты металла от кислорода атмосферы печи шлакообразующие вводят во время завалки и по мере прожигания в металлошихте колодцев от электродов.

Так как ванна кипит очень слабо, то металл может насыщаться газами. для предотвращения этого иногда в шихте заменяют известь на известняк, что способствует некоторой дегазации металла за счет выделения СО₂.

Скачивание шлака периода плавления производят лишь после раскисления.

В таком процессе легирующие элементы усваиваются в следующих количествах, %: А1 и Тi - 0; Si 50—70; V и Mn 70—80; Cr 85—90; W 90—95; Мо 90—95; Cu и Ni 90—93. Это способствует существенной экономии соответствующих ферросплавов при сокращении длительности восстановительного периода. В целом производительность печи возрастает при переплаве на 20—35%.

Чтобы интенсифицировать процесс переплава и обеспечить в нем удаление газов, плавку можно вести с частичным окислением, используя кислород. Содержание углерода в этом случае необходимо иметь на 0, 1—0, 2 % выше верхнего предела в готовой стали. Шихта состоит из отходов выплавляемой стали примерно на 80% и углеродистых отходов

с низким содержанием фосфора (менее 0, 02%). Для ускорения шлакообразования в шихту вводят 1, 0—2, 0 % извести (известняка) и 0, 3—0, 5 % шамотного боя. После расплавления шихты берут пробу металла и начинают продувку кислородом, снижая содержание углерода до требуемого. Скачивают полностью шлак и начинают восстановительный период традиционным способом. При таком способе ведения плавки легирующие элементы усваиваются следующим образом, %: Si - 0; Мn 20—30; V 30—40; W 85—90; Cr 60—80. Чтобы увеличить усвоение вольфрама, ванадия и хрома, в шихту вводят отходы динамной стали или кремнистые ферросплавы. В настоящее время существует множество технологий выплавки стали в дуговых электрических печах, которые можно использовать в литейных цехах: плавка с окислением без удаления окислительного шлака, плавка без диффузионного раскисления; плавка с введением в шихту жидкого чугуна, дуплекс-процесс (рафинирование металла, выплавленного в другой печи); смешивание в ковше стали, выплавленной в двух печах и др. Выбор того или иного способа выплавки стали определяется экономической целесообразностью.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒